Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

разряда оказывается значительно большим, чем в воздухе, при том же произведении 65, поэтому переход лавинного механизма в стримерный п роисходит при меньших произведениях 65, чем в воздухе.

§2.5. ЗАКОН ПОДОБИЯ ДЛЯ ПРОМЕЖУТКОВ С ОДНОРОДНЫМ ПОЛЕМ. ЗАВИСИМОСТЬ ПРОБИВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПЛОТНОСТИ ГАЗА

Экспериментально установлено, что если длина разрядного про­ межутка и давление меняются так, что их произведение pS остается неизменным, то величина пробивного напряжения Uр также остается неизменной. Приведенная формулировка «закона» Пашена 1 справед­ лива при неизменной температуре. При одновременном изменении температуры и давления то же правило справедливо для произведения относительной плотности воздуха на длину промежутка 65. Объясне­ ние закона Пашена может быть получено из анализа условия (2.14).

Как было показано в § 1.4, можно принять:

а—л _с ( U

р~ ' Л р $

Подставив эти выражения в условие самостоятельности разряда <2.14), получим

Учитывая, что у, т)г, ^1(р0/До) pS], Ап,р0 не зависят от UJpS=Ev/p, видим,. что равенство (2.17) определяет неявную функциональную зависимость между напряжением самостоятельного разряда Нр и про­ изведением pS или 65. Таким образом, пробивное напряжение явля­ ется функцией произведения: Up—f(p 5), а при непостоянстве темпе­ ратуры имеет место аналогичная зависимость пробивного напряжения от произведения 65. Эта связь, однако, является однозначной только при постоянстве угла Ѳ, что справедливо лишь для геометрически по­ добных промежутков. При несоблюдении геометрического подобия (например, при увеличении расстояния между электродами неизмен­ ных размеров) неизбежны отклонения от закона Пашена. Такие от­ клонения установлены экспериментально. В связи с этим необходимо уточнить формулировку закона подобия: если длина разрядного про­ межутка и давление меняются так, что их произведение остается постоянным и при этом соблюдается подобие геометрических размеров промежутков, то величина пробивного напряжения остается также не­ изменной.

1 По имени ученого, обнаружившею эту закономерность.

т

Экспериментальная зависимость Up=f(p S) для воздуха приведена на рис. 2.8. Характерной ее особенностью является наличие мини­ мума пробивного напряжения. Аналогичные кривые имеют место и для других газов. Эти кривые называют кривыми Пашена. Причина та­ кого хода кривых может быть пояснена из анализа условия самостоя­ тельности разряда в форме (2.17).

Рис. 2.8. Кривая Пашеиа для разрядного напряжения воз­ душного промежутка с равномерным полем U„=f(pS] при ^=20° С

впях разряд возникает при весьма высоких значениях Е/р. Поэтому можно принять, что — Рп/Ро- Кроме того, при малых pS значение g(p, S)=g(p0pS/pQ)—1. После подстановки этих выражений в (2.17) получим условие самостоятельности разряда в форме

Оно выполняется при

Из соотношения (2.19) следует, что зависимость Up=f(pS) полно­ стью определяется характером зависимости (а—p)/p=f2(U/pS). Если бы коэффициент (а—г\)/р изменялся пропорционально Е/р, то пробив­ ное напряжение не зависело бы от pS, в чем можно убедиться подста­ новкой f2(Up pS)=A (Up pS) в (2.19), где А — коэффициент пропор­ циональности:

pSA (Uv/pS)=const, Up=const.

В действительности кривая / 2 (Е/р) имеет более сложный вид (см. рис. 1.4). На этой кривой лишь одна точка В, в которой выполняется равенство

шейных частиц удается добиться заметного повышения пробивных напряжений. Тем не менее и при выполнении этих мероприятий пер­ вые разряды происходят при значительно сниженном напряжении. После нескольких разрядов пробивные напряжения повышаются, что свидетельствует об изменении состояния поверхности электродов.

§2.6. РАЗРЯД В НЕОДНОРОДНЫХ ПОЛЯХ

Вслабонеоднородном поле при начальном напряжении самостоя­ тельного разряда напряженность поля вдоль всего промежутка Е > Et

так же, как в однородном поле. Чем более неоднородно поле, тем меньшую часть промежутка проходят лавины (так как на большей части промежутка £ < Е{) и тем существеннее отличается процесс от разряда в однородном поле.

В сильнонеоднородном поле самостоятельный разряд возникает только в области высокой напряженности поля вблизи электродов с малым радиусом кривизны. В слабом поле, где ионизационные про­ цессы отсутствуют ( £ < Еі), могут находиться ионы, образованные в области высокой напряженности поля и перемещающиеся под действием, поля. При постоянном напряжении ионами заполняется все межэлек­ тродное пространство. При переменном и импульсном напряжении ■область поля, заполненная объемным зарядом, ограничена, а осталь­ ное межэлектродное пространство свободно от объемного заряда. Та­ кие условия имеют место, например, в промежутках между двумя шарами или параллельными проводами при большом отношении рас­ стояния между электродами S к радиусу кривизны электрода г0. Соответствующая форма разряда называется коронным разрядом, или просто «короной».

В сильнонеоднородных полях самостоятельный разряд в прикатодной и прианодной областях развивается раздельно. При отрицатель­ ном заряде на электроде лавины развиваются в сторону слабого поля, п вторичные электроны возникают как в результате фотоэффекта с ка­ тода, так и фотоионизации газа. В зависимости от плотности газа и ра­ диуса кривизны электрода гаможет преобладать тот или иной механизм

поскольку увеличивается число фотонов, поглощаемых в объеме газа по пути к катоду, либо по причине удлинения лавин (при увеличении /•„ напряженность поля вблизи электрода спадает медленнее и длина лавин увеличивается), либо из-за увеличения р, (при увеличении плот­ ности газа).

В случае малых величин рг0 условие самостоятельности разряда ■определяется в основном фотоэффектом с катода и имеет вид

п

35

где все обозначения те же, что и в (2.14), а г ■ текущий радиус вдоль пути лавины.

Произведение [0(г)/4я] g (г) в случае цилиндрического электрода оказывается функцией двух параметров: г//-п= £ „ /Е (г) и рг0 (рис. 2.10),.

чальных напряженностей самостоятельного разряда в воздухе с цилиндрических электродов (на поверхности электродов) хорошо аппроксимируются формулами:

в случае положительного заряда на электроде

где 6 — относительная плотность воздуха; гй— радиус электрода, см. Согласование результатов вычислений начальных напряженностей отрицательной короны в воздухе по формуле (2.21) с эмпирической формулой (2.23) достигается при р0=3,3 слГ1 и k„r|к—2-10“3. Произ­ ведение £вт)г, определяющее квантовый выход электронов в воздухе, при котором согласуются результаты вычислений по условию самосто­ ятельности разряда и эмпирической формуле (2.23) при р0=3,3 см~Е

3G